一种旋混式（RMB）生物反应器的制作方法

本发明涉及环保机械技术领域，具体涉及一种旋混式(rmb)生物反应器。

背景技术：

国内养殖业大型厌氧发酵系统中，对于高浓度粪污废水处理工艺一般选用(cstr\abr\egsb)罐体设备工艺。上述罐体设备体积庞大、热量散发较快、保温效果较低，需热量较高。此工艺进料ts需要达到11-12％，微生物在正常降解过程中需要全面与物料接触后才能达到有效的处理效果。故设计上述厌氧发酵系统时，需要加入侧搅拌或立式搅拌设备，投资较大，处理效果不稳定。且国内一般大型搅拌设备基本依靠进口或合资方式购买，国产搅拌设备使用寿命短，经常出现问题，无法有效使用，且成本较高，维修率较高。对厌氧发酵系统的投资、运行成本、维修、系统稳定性、降解率等造成较大的影响。

鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种旋混式(rmb)生物反应器。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种旋混式(rmb)生物反应器，包括依次连接的进料区、混合升温区、旋混发酵区、回流池和出料池，其中，

所述进料区用于对进入的高浓度有机废水进行暂存和搅拌，并向废水中加入微生物，然后将搅拌后的废水输入到混合升温区，

所述混合升温区用于对搅拌后的废水进行加热，并将加热后的废水输入到旋混发酵区，

所述旋混发酵区用于对加热后的废水进行厌氧发酵，得到沼气和沼液，并将沼液输入到回流池，

所述回流池用于对旋混发酵区输入的沼液进行暂存，并将收集的沼液返回至进料区循环上述处理步骤，待回流池达到容积上限后，过量的沼液溢出并进入出料池，

所述出料池用于收集从回流池溢出的沼液，并将收集的沼液输出。

优选地，所述高浓度有机废水为养殖场粪污废水，其中粪污的固体含量为8％～12％(质量)。

优选地，所述进料区、混合升温区和出料池均设有搅拌装置。

优选地，所述混合升温区的加热温度为38～40℃。

优选地，所述旋混发酵区包括无动力沼气搅拌设备和至少一个厌氧反应器，所述厌氧反应器为全封闭结构，所述无动力沼气搅拌设备位于所述厌氧反应器内。

优选地，所述无动力沼气搅拌设备包括矩形罐体、沼气回流管和气体单向阀，所述矩形罐体由顶面、底面和四个侧面构成封闭空间，在至少一个侧面上设有导流孔，所述导流孔为矩形，其边缘向所述封闭空间内延伸形成导流槽，所述导流槽的末端封闭，所述导流槽的顶部与所述矩形罐体的封闭空间相连通，

所述沼气回流管的一端与所述矩形罐体的顶面固定连接，且所述沼气回流管与所述矩形罐体相连通，用于向所述矩形罐体内通入沼气，

所述气体单向阀设置于所述沼气回流管上，作用为使沼气只向进入所述矩形罐体的方向流动。

优选地，所述旋混发酵区上方设有沼气收集管，用于将位于所述旋混发酵区上方的沼气收集并进行输出。

优选地，所述旋混式(rmb)生物反应器还包括沼气脱硫设备、热水锅炉和沼气发电机，所述沼气收集管的出口与沼气脱硫设备的入口连接，所述沼气脱硫设备的出口分别与沼气发电机和热水锅炉连接，所述沼气发电机和热水锅炉电连接，其中，

所述沼气脱硫设备用于对沼气收集管输入的沼气进行脱硫，并将脱硫后的沼气输送至沼气发电机，

所述沼气发电机用于将输入的沼气作为燃料进行发电，并将电能供给热水锅炉和外部设备。

所述热水锅炉用于将输入的沼气和/或电能转化为热能，并将热能供给混合升温区和旋混发酵区。

优选地，所述旋混式(rmb)生物反应器还包括沼气储气柜、沼气增压风机和沼气循环风机，所述沼气储气柜的入口与沼气脱硫设备的出口连接，沼气储气柜的出口分别与沼气发电机、热水锅炉和旋混发酵区连接，其中，

所述沼气储气柜位于所述沼气脱硫设备的输出管路上，用于储存从沼气脱硫设备输出的沼气，并将沼气输出至沼气发电机和旋混发酵区，

所述沼气增压风机位于所述沼气储气柜与所述沼气发电机的连接管路上，用于为从沼气储气柜输出的沼气增压，并将增压后的沼气输送至沼气发电机，

所述沼气循环风机位于所述沼气储气柜与旋混发酵区的连接管路上，用于实现沼气在所述沼气储气柜，以及旋混发酵区中的沼气回流管之间的循环。

优选地，所述出料池将发酵后的废水输送至固液分离设备，得到沼渣和分离液，所述沼渣用于制备固体肥料，所述分离液用于农田灌溉或制备液体肥料。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种旋混式(rmb)生物反应器，与传统厌氧生物发酵反应器相比，本发明在旋混发酵区内增设无动力搅拌设备，通过该设备的扰动促使旋混发酵区内的水流呈旋流状态，能够使污水中的底物与微生物充分接触消化，提高消化能力。上述设备投资低、使用周期长、维修率低、处理成本低，产气率提升20-25％。且不需要设置布水系统、机械搅拌设备，可解决设备老化腐蚀以及流速影响等问题。

本发明的rmb生物反应器的处理对象为养殖场废水，其中的有机物固体主要为粪污，产气比为1:(1.2-1.5)。处理后得到沼气、沼渣和分离液三种产物。其中沼气可以用于发电或作为锅炉燃料；分离液可作为农田灌溉用于，由于其中仍含有一定量的有机物，也可作为液体肥料使用；沼渣可以做有机肥、牛卧床垫再生料、基质肥等固体肥料，具有很强的实用性，可以在牧区进行推广。

附图说明

图1为旋混式(rmb)生物反应器的整体结构剖面图。

图2为旋混发酵区的剖面图。

图3为无动力沼气搅拌设备的整体结构示意图。

图4为无动力沼气搅拌设备的透视图。

图5为旋混式(rmb)生物反应器的平面图。

其中，

1-进料区；

11-第一悬挂式搅拌设备

2-混合升温区；

21-第二悬挂式搅拌设备；22-第一加热盘管；

3-旋混发酵区；

31-无动力沼气搅拌设备；

311-矩形罐体；

3110-导流孔；

3111-导流槽；

312-沼气回流管；

313-气体单向阀；

32-厌氧反应器；

321-第二加热盘管；322-独立气室；

33-沼气收集管；

4-回流池；

5-出料池；

51-第三悬挂式搅拌设备；

6-沼气脱硫设备；7-热水锅炉；8-沼气发电机；9-沼气储气柜；

10-沼气增压风机；11-沼气循环风机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明实施例涉及一种旋混式(rmb)生物反应器。如图1所示，该反应器包括依次连接的进料区1、混合升温区2、旋混发酵区3、回流池4和出料池5。各个反应区的结构和功能如下：

﹝进料区﹞

进料区1用于对进入的高浓度有机废水进行暂存和搅拌，并向废水中加入微生物，然后将搅拌后的废水输入到混合升温区2。另外，由于后续由回收池4收集的发酵后的废水也会回流进入进料区1，因此进料区1还具有将回流物与进入的高浓度有机废水进行混合，使其中的废水浓度稳定，并起到调节、缓冲、稀释的作用。图1中的虚线部分表示悬挂式搅拌设备，可以为桨式搅拌器或锚式搅拌器。位于进料区1的是第一悬挂式搅拌设备11。

本发明提供的rmb反应器只能处理高浓度有机废水，特别是养殖场粪污废水。该废水中含有大量禽畜粪便，其中的有机物固体含量为8％～12％(质量)，属于高浓度有机污水，悬浮物和氨氮含量大。这种未经处理的废水进入自然水体后，会使水体中的固体悬浮物、有机物和微生物含量升高，改变水体的物理、化学和生物群落组成，使水质变坏。污水中还含有大量病原体微生物通过水体进行扩散传播，危害人畜健康。因此需要对其进行发酵处理，最终得到沼气和沼渣等物料，实现有机物的循环利用。

﹝混合升温区﹞

混合升温区2用于对搅拌后的废水进行加热，并将加热后的废水输入到旋混发酵区3。为实现上述功能，在混合升温区2设有第二悬挂式搅拌设备21和第一加热盘管22，位于混合升温区2上方的废水溢流进入旋混发酵区3。在一定温度范围内温度提高，有机物去除率提高，产气量提高。一般认为温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化过程。可根据加入的微生物类型不同选择合适的加热温度，促进底物与微生物的消化反应。本发明中，混合升温区2的加热温度为38～40℃。

﹝旋混发酵区﹞

旋混发酵区3用于对加热后的废水进行厌氧发酵消化反应，得到沼气和沼液，并将得到的沼液输入到沉淀区4。厌氧发酵反应主要包括以下四个阶段：

(1)水解阶段：高分子有机物由于其大分子体积，不能直接通过厌氧菌的细胞壁，需要在微生物体外通过胞外酶加以分解成小分子。废水中典型的有机物质，如纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被分解成短肽和氨基酸。分解后的这些小分子能够通过细胞壁进入到细胞内进行下一步的分解。

(2)酸化阶段：上述的小分子有机物进入到细胞体内转化成更为简单的化合物并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸(vfa)，同时还有部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生。

(3)产乙酸阶段：在此阶段，上一步的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。

(4)产甲烷阶段：在这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。这一阶段也是整个厌氧过程最为重要的阶段和整个厌氧反应过程的限速阶段。

在本发明的一个实施例中，旋混发酵区3包括无动力沼气搅拌设备31和厌氧反应器32，厌氧反应器32为全封闭结构，在厌氧反应器32底部设有进水口。无动力沼气搅拌设备31位于厌氧反应器32内。

如图1所示，优选的方案是在厌氧反应器32内并列设置有多个无动力沼气搅拌设备31，此时厌氧反应器32内具有廊道式结构。结合图2可知，厌氧反应器32两侧对称设有第二加热盘管321，沼气进入无动力沼气搅拌设备31，通过无动力沼气搅拌设备31的排气扰动作用，池内的水流形成螺旋混合推流式效果，使底物与微生物发生充分融合，杜绝死角的存在，提高废水处理效果。

﹝无动力沼气搅拌设备﹞

如图3所示，无动力沼气搅拌设备31包括矩形罐体311、沼气回流管312和气体单向阀313。其中，

矩形罐体311由顶面、底面和四个侧面构成封闭空间，在至少一个侧面上设有导流孔3110，导流孔3110为矩形，其边缘向封闭空间内延伸形成导流槽3111，导流槽3111的末端封闭，导流槽3111的顶部与矩形罐体311的封闭空间相连通。

从图3和图4可知，导流孔3110向内延伸的深度要小于矩形罐体311的宽度。这样设计的原因如下：当向厌氧反应器32中注水时，水位从底部上升，逐渐进入厌氧反应器32和无动力沼气搅拌设备31之间的区域。水进入导流孔3110的同时也进入导流槽3111，当水位到达导流槽3111顶部时，由于矩形罐体311内部存有气体(空气或沼气)，因此矩形罐体311内部气压大于厌氧反应器32中水压。虽然导流槽3111的顶部与矩形罐体311的封闭空间相连通，水无法继续通过导流槽3111的顶部而进入矩形罐体311内。厌氧反应器32中的水位继续上升，直至淹没矩形罐体311，这样在矩形罐体311内形成连续的真空区，即图4中的浅色阴影区域。此时可注水至将沼气回流管312部分或全部淹没，然后通过沼气回流管312向矩形罐体311内通入沼气。当沼气充满矩形罐体311且矩形罐体311内的压力持续增加时，多余的沼气从导流槽3111的顶部逸出形成气泡，并在上升过程中实现对厌氧反应器32内的液态物料的搅拌。

与直接在矩形罐体311侧面开设导流孔3110相比，增设导流槽3111可以在水面持续上升并浸没导流孔3110后，仍然保持矩形罐体311内的真空状态，不影响沼气从导流槽3111上方逸出。这样可以向厌氧反应器32内加入更多的水，增加沼气与液态物料的接触面积，进一步提高沼气降解效率。

在本发明的一个具体实施例中，导流槽3111在矩形罐体311底面的投影可以为矩形。如图3和图4所示，也可以理解为导流槽3111沿a向的截面为矩形。具有矩形截面或投影的导流槽3111具有依次连接的第一连接面、第二连接面和第三连接面，导流槽3111的顶面未封闭为敞开状态。第一连接面和第三连接面均与矩形罐体311的侧面相连接，第二连接面构成导流槽3111的末端。第二连接面与导流孔3110所在的矩形罐体311的侧面平行，第一连接面与第三连接面平行。

在本发明的一个实施例中，导流槽3111与矩形罐体311具有公共底面。如果导流槽3111与矩形罐体311不共底，则缩短了气泡在厌氧反应器32中的上升高度，同时还需要为导流槽3111单独加工底面，提升了设备的制造难度。

沼气回流管312的一端与矩形罐体311的顶面固定连接，另一端与外部设备连接，且沼气回流管312与矩形罐体311相连通，用于向矩形罐体311内通入沼气。

气体单向阀313设置于沼气回流管312上，作用为使沼气只向进入矩形罐体311的方向流动。

在本发明的一个实施例中，旋混发酵区3上方设有沼气收集管33，用于将这一区域上方的沼气收集并进行输出。从图1和图4可知，旋混发酵区3中，厌氧反应器32上方设有独立气室322，该独立气室322与沼气收集管33连接，将旋混发酵区3内的沼气收集并输出。

该旋混发酵区3的工作原理如下：通过底部进水口向厌氧反应器31中注水，至水面达到气体单向阀313下方为止，在厌氧反应器31水位上方预留独立气室322所需的空间。矩形罐体311内具有连续的真空区。由外界输入的沼气通过沼气回流管312进入矩形罐体311内，当沼气充满矩形罐体311且矩形罐体311内的压力持续增加时，多余的沼气从导流槽3111的顶部逸出形成气泡，沼气逸出方向为箭头所指方向。并在上升过程中实现对厌氧反应器32内的液态物料的搅拌作用，生成沼气和沼液。厌氧反应器32上方设有独立气室322，该独立气室322与沼气收集管33连接，将旋混发酵区3内的沼气收集并输出。

﹝回流池和出料池﹞

回流池4用于对旋混发酵区3输入的沼液进行暂存，图1中回流池4底部设有管路，用于将回流池4中的沼液返回至进料区1循环上述处理步骤。待回流池4达到容积上限后，过量的沼液溢出并进入出料池5。

出料池5用于收集从回流池4溢出的沼液，并将收集的沼液输出至固液分离设备，得到沼渣和分离液。由于发酵后的废水中仍含有较多固体物，为了使输出液相均匀，在出料池5内设有第三悬挂式搅拌设备51。分离得到的沼渣可用于制备固体肥料，如有机肥、牛卧床垫再生料、基质肥等，分离液可用于农田灌溉或制备液体肥料。

﹝其它外围设备﹞

如图5所示，本发明的旋混式(rmb)生物反应器内可设置多个旋混发酵区3，使高浓度有机废水在多个旋混发酵区3内进行厌氧发酵反应。

rmb反应器还可以包括沼气脱硫设备6、热水锅炉7和沼气发电机8。沼气收集管33的出口与沼气脱硫设备6的入口连接，沼气脱硫设备6的出口分别与沼气发电机8和热水锅炉7连接，沼气发电机8和热水锅炉7电连接。

其中，沼气脱硫设备6用于对沼气收集管33输入的沼气进行脱硫，并将脱硫后的沼气输送至沼气发电机8。沼气发电机8用于将输入的沼气作为燃料进行发电，并将电能供给热水锅炉7和外部设备。热水锅炉7用于将输入的沼气转化为热能，或者将输入的电能转化为热能，并将热能供给混合升温区2和旋混发酵区3。

进一步地，rmb反应器还包括沼气储气柜9、沼气增压风机10和沼气循环风机11。沼气储气柜9的入口与沼气脱硫设备6的出口连接，沼气储气柜9的出口分别与沼气发电机8、热水锅炉7和旋混发酵区3连接。

其中，沼气储气柜9位于沼气脱硫设备6的输出管路上，用于储存从沼气脱硫设备6输出的沼气，并将沼气输出至沼气发电机8和旋混发酵区3。沼气增压风机10位于沼气储气柜9与沼气发电机8的连接管路上，用于为从沼气储气柜9输出的沼气增压，并将增压后的沼气输送至沼气发电机8。沼气循环风机11位于沼气储气柜9与旋混发酵区3的连接管路上，用于实现沼气在沼气储气柜9，以及旋混发酵区3中的沼气回流管33之间的循环。

因此，从旋混发酵区3输出的沼气经沼气收集管33输送，进入沼气脱硫设备6进行脱硫后，可输送至沼气储气柜9内进行储存，根据需要进行输出。可通过沼气增压风机10，将沼气从沼气储气柜9输送至沼气发电机8进行发电，并将电能供给热水锅炉7，为混合升温区2和旋混发酵区3提供热量，多余的电能还可输送至其它外部设备。热水锅炉7也可以直接将输入的沼气转化为热能，以及将沼气发电机8换热后的冷却水输入转化为热能。

也可通过沼气循环风机11，将沼气从沼气储气柜9输送至旋混发酵区3，沼气进旋混发酵区3中的沼气回流管33，实现对厌氧反应器32内的液态物料的搅拌作用。

与现有技术相比，本发明的旋混式(rmb)生物反应器的最高高度只有6米，因此造价成本低，适合在任何地区进行建设。旋混发酵区3内采用的无动力沼气搅拌设备能够提高生化系统的降解效率，并解决原有工艺中因布水不均匀导致的污泥流失、处理率低、底物与微生物接触不全面等问题，处理效果稳定处理率高。系统内物料流动方式为混合螺旋推流式、有独立回流系统防止污泥流失问题。由于采用了独立气室，沼气收集和产气量提高了20％～25％，产气比提高至1:(1.2-1.5)。

以处理养殖场废水为例，该旋混式(rmb)生物反应器的工作原理如下：

(1)养殖场废水进入进料区1，向废水中投加微生物，并采用悬挂式搅拌设备对废水进行搅拌，在此过程中可能有回流池4的收集液进入进料区1，废水在进料区1与上述收集液进行混合，然后将搅拌后的废水输入到混合升温区2；

(2)废水在混合升温区2进行加热和搅拌，将加热后的废水输入到旋混发酵区3；

(3)废水在旋混发酵区3进行厌氧发酵，发酵后产生沼气和沼液。产生的沼气通过旋混发酵区3上方的气室收集后，经沼气收集管33输送进入沼气脱硫设备6进行脱硫后，进入沼气储气柜9内进行储存。部分沼气可通过沼气增压风机10，从沼气储气柜9输送至沼气发电机8进行发电，并将电能供给热水锅炉7，为混合升温区2和旋混发酵区3提供热量，多余的电能还可输送至其它外部设备。

沼气储气柜9内的部分沼气可通过沼气循环风机11，从沼气储气柜9输送至旋混发酵区3，沼气回流进入旋混发酵区3中的沼气回流管33，实现对厌氧反应器32内的液态物料的搅拌作用。

(4)旋混发酵区3内产生的沼液进入回流池4，并在回流池4内进行暂存。可以将回流池4中收集的沼液返回至进料区1循环上述处理步骤。

(5)待回流池4达到容积上限后，过量的沼液溢出并进入出料池5，出料池5可将收集的沼液输送至固液分离设备，经固液分离后得到沼渣和分离液。其中沼渣用于制备有机肥、牛卧床垫再生料、基质肥等固体肥料；分离液用于农田灌溉或制备液体肥料。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。